Uchimbaji Madini ya Kujihini kwenye Blockchain: Uchambuzi wa Mchanganyiko Mwingi na Athari za Usalama

Yaliyomo

1. Utangulizi

Teknolojia ya Blockchain, tangu kuanzishwa kwa Bitcoin mwaka 2008, imebadilisha mfumo wa mifumo isiyo ya katikati kupitia utaratibu wake wa makubaliano ya Uthibitisho-wa-Kazi (PoW). Hata hivyo, usalama wa PoW unakabiliwa na changamoto kubwa kutokana na tabia za kimkakati za uchimbaji madini, hasa uchimbaji madini ya kujihini. Karatasi hii inajibu swali muhimu la jinsi mchanganyiko mwingi ya uchimbaji madini yanayotenda vibaya yanaathiri faida ya mikakati ya uchimbaji madini ya kujihini.

Uchimbaji madini ya kujihini inahusisha wachimbaji madini kudumisha minyororo ya kibinafsi na kufichua vitalu kwa mikakati ili kupata malipo yasiyo sawa ikilinganishwa na uwezo wao halisi wa kompyuta. Wakati utafiti uliopita ulilenga wachimbaji madini wa kujihini mmoja, kazi yetu inapanua uchambuzi huu kwa mchanganyiko mwingi yanayoshindana, na kutoa tathmini halisi zaidi ya vitisho vya usalama vya blockchain.

2. Msingi na Kazi Zinazohusiana

2.1 Blockchain na Uthibitisho-wa-Kazi (Proof-of-Work)

Usalama wa blockchain ya Bitcoin hutegemea fumbo la kisiri la hash linalotatuliwa kupitia mahesabu makubwa. Wachimbaji madini wanashindana kupata vitalu halali, na wachimbaji madini waliofanikiwa hupokea malipo ya fedha za kidijitali. Makubaliano ya PoW yanatumika kama msingi kwa takriban 90% ya blockchain za umma.

2.2 Misingi ya Uchimbaji Madini ya Kujihini

Kazi muhimu ya Eyal na Sirer ilionyesha kuwa uchimbaji madini ya kujihini huwa na faida wakati mchimbaji madini anadhibiti zaidi ya 25% ya jumla ya kiwango cha hash. Utafiti unaofuata kwa kutumia Mchakato wa Maamuzi ya Markov (MDP) ulipunguza kizingiti hiki hadi takriban 23.21%. Hata hivyo, tafiti hizi zilichukulia mchimbaji madini mmoja mwenye kujihini, na kupuuza hali halisi ya mchanganyiko mwingi yanayoshindana.

3. Mbinu na Mfano

3.1 Uundaji wa Mnyororo wa Markov

Tunaanzisha mfano mpya wa mnyororo wa Markov kuonyesha mabadiliko ya hali kati ya minyororo ya umma na ya kibinafsi. Mfano huu unazingatia mchanganyiko wa waaminina unaowakilisha wachimbaji madini wote waaminina na mchanganyiko miwili ya uchimbaji madini ya kujihini wasiojua majukumu ya kutenda vibaya ya kila mmoja.

Nafasi ya hali inafafanuliwa kwa urefu wa jamaa wa minyororo ya kibinafsi na ya umma, na mabadiliko yanayoanzishwa na matukio ya uchimbaji madini na ufichuo wa kimkakati wa vitalu.

3.2 Uchambuzi wa Mabadiliko ya Hali

Uchambuzi wetu unachambua matukio yote yanayowezekana yanayosababisha mabadiliko katika hali za mnyororo, ikiwa ni pamoja na:

• Wachimbaji madini waaminina wakipata vitalu vipya kwenye mnyororo wa umma
• Wachimbaji madini wenye kujihini wakipanua minyororo yao ya kibinafsi
• Ufichuo wa kimkakati wa minyororo ya kibinafsi
• Uandikaji upya wa minyororo na vitalu vilivyotengwa

4. Matokeo na Uchambuzi

4.1 Viwango vya Faida

Mfano wetu wa kihisabati unatoa misemo iliyofungwa kwa viwango vya faida. Kwa wachimbaji madini wenye kujihini wa ulinganifu, hitaji la chini la kiwango cha hupungua hadi 21.48%, chini sana ikilinganishwa na kizingiti cha asili cha 25%.

Hata hivyo, ushindani kati ya wachimbaji madini wenye kujihini wasio na ulinganifu huongeza kizingiti cha faida, na kufanya iwe vigumu zaidi kwa mchanganyiko madogo kupata faida kutoka kwa mikakati ya uchimbaji madini ya kujihini.

4.2 Uchambuzi wa Tabia ya Muda Mfupi

Ucheleweshaji wa faida huongezeka kadiri kiwango cha hash cha wachimbaji madini wenye kujihini kinapungua. Ugunduzi huu unapendekeza kuwa mchanganyiko madogo ya uchimbaji madini lazima subiri muda mrefu zaidi kutambua faida kutoka kwa uchimbaji madini ya kujihini, na kufanya mkakati huo usivutie kwa mchanganyiko yenye rasilimali duni za kompyuta.

Bila marekebisho ya ugumu yanayofuata, uchimbaji madini ya kujihini hutupia mbali uwezo wa kompyuta na huwa hana faida katika muda mfupi.

5. Utekelezaji wa Kiufundi

5.1 Mfumo wa Kihisabati

Mfano wa mnyororo wa Markov unaweza kuwakilishwa na tumbo la uwezekano wa mabadiliko $P$ lenye hali $S = \{s_1, s_2, ..., s_n\}$. Usambazaji wa hali thabiti $\pi$ unakidhi:

$$\pi P = \pi$$

$$\sum_{i=1}^{n} \pi_i = 1$$

Hali ya faida ya uchimbaji madini ya kujihini inapewa na:

$$R_{kujihini} > R_{mwaminina} = \alpha$$

ambapo $\alpha$ inawakilisha sehemu ya kiwango cha hash ya mchimbaji madini.

5.2 Utekelezaji wa Msimbo

Hapa chini kuna utekelezaji wa msimbo wa bandia wa Python kwa kuiga tabia ya uchimbaji madini ya kujihini:

class KigezoChaUchimbajiKujihini:
    def __init__(self, alpha, gamma=0.5):
        self.alpha = alpha  # kiwango cha hash cha mchimbaji kujihini
        self.gamma = gamma  # uwezekano wa kupitisha mnyororo wa kujihini
        
    def igiza_duara(self, hali):
        """Igiza duara moja la uchimbaji madini"""
        if random() < self.alpha:
            # Mchimbaji kujihini apata block
            return self.mchimbaji_amepata_block(hali)
        else:
            # Mchimbaji mwaminina apata block
            return self.mwaminina_amepata_block(hali)
    
    def hesabu_faida(self, maduara=10000):
        """Hesabu faida ya muda mrefu"""
        jumla_malipo = 0
        hali = {'ongo_ya_kibinafsi': 0, 'mnyororo_wa_umma': 0}
        
        for _ in range(maduara):
            hali = self.igiza_duara(hali)
            jumla_malipo += self.hesabu_malipo(hali)
        
        return jumla_malipo / maduara

6. Matumizi ya Baadaye na Mwelekeo

Ufahamu kutoka kwa utafiti huu una athari kubwa kwa usalama wa blockchain na ubunifu wa utaratibu wa makubaliano. Kazi ya baadaye inapaswa kulenga:

• Kukuza njia za kugundua tabia ya uchimbaji madini ya kujihini kwa wakati halisi
• Kubuni itifaki za makubaliano zinazostahimili uchimbaji madini ya kujihini ya mchanganyiko mwingi
• Kuchunguza athari za ucheleweshaji wa kueneza mtandao kwenye faida ya uchimbaji madini ya kujihini
• Kupanua uchambuzi kwa Uthibitisho-wa-Miliki (Proof-of-Stake) na utaratibu mseto wa makubaliano

Teknolojia ya blockchain inavyobadilika kuelekea Uthibitisho-wa-Miliki wa Ethereum 2.0 na utaratibu mwingine wa makubaliano, kuelewa njia hizi za mashambulizi ni muhimu kudumisha usalama wa mtandao.

Uchambuzi wa Asili

7. Marejeo